Читать книгу "Загадка падающей кошки и фундаментальная физика - Грегори Гбур"

Большинство исследований высотного синдрома, однако, сосредоточено на медицинских аспектах проблемы. Были и другие исследования, о том, какие травмы получает кошка и при каких высотах; некоторые из них были посвящены конкретным типам травм и их лечению. Ошибки кошек используются для совершенствования методов лечения упавших кошек и ухода за ними.

Нам осталось задать лишь один вопрос о высотном синдроме кошек: почему так много кошек падает из окон и с балконов зданий? Один из вариантов объяснения предложил Мелхафф: «Должно быть, это связано с координацией. Мы всегда приписываем кошкам великолепную координацию, и она у них действительно великолепна. Но если вам случалось когда-нибудь наблюдать, как две кошки играют и дурачатся, то вы знаете, что они способны перекатиться и упасть с того места, где они в этот момент находятся. Иногда неожиданно оказывается, что место это — карниз на 21-м этаже».

Необычайно умелое падение не единственный основанный на законах физики фокус, который кошки долгое время держали в секрете. Не так давно выяснилось, что даже самые обычные кошачьи привычки таят в себе научные сюрпризы. Профессор Массачусетского технологического института (далее — МТИ) Роман Стокер, наблюдая, как его кошка Кутта-Кутта пьет из чашки, заинтересовался тем, как она лакает воду. Человек может пить несколькими способами, к примеру всасывая в себя жидкость через трубочку или заливая ее из чашки в рот. Однако животные, такие как собаки, чтобы попить, должны сложить из языка некое подобие ковшика и черпать им воду.

Кошки, на первый взгляд, делают что-то другое, но делают это слишком быстро, чтобы процесс можно было рассмотреть невооруженным глазом. Стокер обратился за помощью к коллегам по МТИ Педро Реису, Сонхвану Чону и Джеффри Аристоффу и предложил изучить процесс лакания кошки при помощи самого старого и уважаемого из физических «кошачьих» методов — высокоскоростной фотографии. Сначала они терпеливо караулили Кутта-Кутту, чтобы снять, как она пьет, но затем перешли к съемке других домашних кошек, а со временем и львов, оцелотов, тигра и ягуара. Ученые дополнили свою коллекцию съемками представителей других видов кошачьих, которых обнаружили на YouTube.

Авторам удалось пронаблюдать неизвестную прежде замечательную тактику, которую применяют кошки при питье. У всех исследованных видов кошачьих язык лишь едва-едва касается поверхности воды, а затем стремительно отдергивается. Часть жидкости прилипает к языку кошки и при быстром отдергивании увлекается им, в результате чего в воздухе над поверхностью образуется тонкий столбик воды; кошка же схватывает этот зависший столбик, пока он не упал обратно в мисочку.

Кошка пьет, используя межмолекулярные силы в самой жидкости, благодаря которым некоторый объем жидкости увлекается за кончиком языка. Между силами инерции в жидкости и силой тяжести существует идеальное равновесие; ученым при помощи моделирования удалось продемонстрировать, что кошки лакают воду с такой скоростью, при которой к ним в рот попадает максимальное количество воды. Как и в задаче с рефлексом переворачивания, оказывается, что эволюция решила задачу по физике намного раньше, чем кто-либо из людей догадался о ее существовании.

Это исследование подтвердил, хотя и не без иронии, другой ученый. На просьбу прокомментировать эти результаты Стивен Фогель из Университете Дьюка сказал: «Теперь, когда меня ввели в курс дела, могу подтвердить: то, что эти люди описывают и объясняют, полностью согласуется с моими собственными, проводимыми между делом, наблюдениями лакания представителей кошачьих, которые содержатся в нашем учреждении».

После всех вложенных усилий команда исследователей из МТИ узнала, что данные о необычном способе питья, которым пользуются кошки, были доступны всем желающим уже несколько десятков лет благодаря новаторским фотографиям Гарольда Эджертона (1903–1990). Эджертон писал свою докторскую диссертацию в МТИ, где изучал использование высокоскоростных электронных вспышек при помощи специального устройства — стробоскопа — с целью увидеть быстро движущиеся объекты, такие как вращающиеся вентиляторы. Поняв, что при помощи цифровых вспышек фотографии можно делать быстрее, чем кто-либо мог вообразить, он принялся фотографировать все — от пуль, пронзающих яблоко, до спортсменов в движении, взрывов атомных бомб и того, что на самом деле не было, вероятно, лох-несским чудовищем. Во время Второй мировой войны Эджертона призвали и поручили делать при помощи его молниеносной технологии ночные снимки оккупированной Европы с воздуха; занимаясь своим делом, он даже участвовал в нескольких опасных вылетах. В 1950-е гг. Эджертон сотрудничал со знаменитым океанографом Жаком Ивом Кусто.

В 1940 г. Эджертона пригласили в Голливуд продемонстрировать разработанные им методы. Результатом сложившегося сотрудничества стал короткометражный документальный фильм 1940 г. «Быстрее мгновения ока», в который вошел короткий фрагмент съемки лакающей кошки. В сопроводительном тексте говорится, что кошка изгибает язык вниз, так что он образует как бы перевернутый ковшик, но сегодня мы ясно видим на пленке тот самый инерциальный эффект, который был представлен в 2010 г. Вполне закономерно, что Эджертон значительную часть работы с высокоскоростной фотографией проводил в МТИ — там же, где спустя почти 70 лет группа Стокера сделала свое открытие. Мало того, группа пользовалась оборудованием из Центра Эджертона при МТИ, где, если верить сайту института, «продолжает жить дух открытия Гарольда Эджертона» и «где мы предоставляем студентам возможность учиться на практике».

Эджертон и сам снимал падающих кошек. В 1930-е гг., когда он вместе с коллегой по МТИ Кеннетом Гермесхаузеном все еще активно продвигал свои методы в научном сообществе, Гарольд обнаружил, что кошачий рефлекс переворачивания в правильное положение — первоклассное средство для привлечения внимания. Их «кошачьи» фотографии появились в журнале Science News-Letter в 1934 г.

Нет никакого стыда в том, что вы или еще какой-то маленький мальчик не выяснили, как кошка переворачивается. Чтобы прояснить этот вопрос, потребовались ресурсы и возможности хорошей инженерной лаборатории, ум и талант двух изобретательных и трудолюбивых молодых ученых. Но совсем недавно фильм о том, как кошка переворачивается в воздухе, как пара мух стартует с поверхности, как канарейка взлетает, и о множестве других движений, слишком быстрых, чтобы их увидеть, которые производят живые существа, был показан в собрании Национальной академии наук в Кембридже, и ученейшие люди Америки на время прекратили обсуждение космических лучей, расширяющейся Вселенной и прочих столь же хитромудрых вещей, чтобы посмотреть на это и поаплодировать.

Ниже вы можете видеть один из сделанных Эджертоном снимков падающей кошки. В повороте тела кошки видна часть того движения, о котором говорили Радемакер и тер Браак.